Wszyscy wiedzą, a przynajmniej słyszeli, że światło ma właściwość załamywania i odbijania. Ale tylko formuły optyki geometrycznej i falowej mogą wyjaśnić, jak, a raczej na jakiej podstawie, tak się dzieje. Całe to nauczanie opiera się na pojęciu „promienia”, które zostało wprowadzone przez Euklidesa trzy wieki przed naszą erą. Czym więc jest wiązka, z naukowego punktu widzenia?
Promień to prosta linia, wzdłuż której poruszają się fale świetlne. Jak, dlaczego - na te pytania odpowiadają wzory optyki geometrycznej, która jest częścią optyki falowej. Ten ostatni, jak można przypuszczać, traktuje promienie jak fale.
Formuły optyki geometrycznej
Prawo propagacji prostoliniowej: promień w ośrodku tego samego typu ma tendencję do propagacji prostoliniowej. Oznacza to, że światło porusza się najkrótszą ścieżką, jaka istnieje między dwoma punktami. Można nawet powiedzieć, że wiązka światła stara się oszczędzić sobie czasu. To prawo wyjaśnia zjawiska cienia i półcienia.
Na przykład, jeśli samo źródło światła jest małe lub znajduje się w tak dużej odległości, żerozmiary można zignorować, wiązka światła tworzy wyraźne cienie. Ale jeśli źródło światła jest duże lub bardzo blisko, wówczas wiązka światła tworzy rozmyte i częściowe cienie.
Prawo niezależnej propagacji
Promienie światła mają tendencję do rozprzestrzeniania się niezależnie od siebie. Oznacza to, że nie będą w żaden sposób wpływać na siebie, jeśli przecinają się lub przechodzą przez siebie w jakimś jednorodnym ośrodku. Promienie wydają się być nieświadome istnienia innych promieni.
Prawo refleksji
Wyobraźmy sobie, że osoba kieruje wskaźnik laserowy na lustro. Oczywiście wiązka zostanie odbita od lustra i rozchodzi się w innym medium. Kąt między prostopadłą do lustra a pierwszym promieniem nazywany jest kątem padania, kąt między prostopadłą do lustra a drugim promieniem nazywany jest kątem odbicia. Te kąty są równe.
Wzory optyki geometrycznej ujawniają wiele sytuacji, o których nikt nawet nie myśli. Na przykład prawo odbicia wyjaśnia, dlaczego możemy zobaczyć siebie w „bezpośrednim” lustrze dokładnie takimi, jakimi jesteśmy i dlaczego jego zakrzywiona powierzchnia tworzy inny obraz.
Formuła:
a - kąt padania, b - kąt odbicia.
a=b
Prawo refrakcji
Promień padania, promień załamania i prostopadły do lustra znajdują się na tej samej płaszczyźnie. Jeżeli sinus kąta padania zostanie podzielony przez sinus kąta załamania, to otrzymamy wartość n, która jest stała dla obu mediów.
n pokazuje, pod jakim kątem wiązka z pierwszego medium przechodzi do drugiego i jak korelują składy tych mediów.
Formuła:
i - kąt padania. r - kąt załamania światła. n21 - współczynnik załamania światła.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Prawo odwracalności światła
Co mówi prawo odwracalności światła? Jeśli wiązka rozchodzi się po dobrze określonej trajektorii w jednym kierunku, powtórzy tę samą trasę w przeciwnym kierunku.
Wyniki
Wzory optyki geometrycznej w nieco uproszczonej formie wyjaśniają działanie wiązki światła. Nie ma w tym nic trudnego. Tak, wzory i prawa optyki geometrycznej pomijają niektóre właściwości wszechświata, ale nie można nie doceniać ich znaczenia dla nauki.
